GIS基础之矢量数据,概念、编辑、转换、空间分析,一文讲透!
GIS基础之矢量数据
去年的基础课主要是从图形角度出发,从角度,距离、面积方面给大家进行的讲解,这次我决定换个视角,从数据角度给大家讲讲GIS的基础。矢量和栅格是最常用的两类数据格式,本次先给大家介绍矢量数据。
1. 矢量数据基本概念
矢量数据结构表示地球表面的特定要素,并为这些要素分配属性。矢量由称为折点的离散几何位置(x、y 值)组成,这些位置定义了空间对象的形状。折点的组织决定了我们使用的矢量类型:点、线或多边形。
点(Points):每个点是由单独的X,Y坐标定义的,在一个点矢量文件中可以包含多个点。点数据可以包含:采样点、独立树、测量点等等。 线(Lines):线是一系列(至少2个)相连的折点或点的集合。道路、溪流都可以以线的形式表现。线包含一系列的线段或弧,每段线都是由折点的X,Y坐标所定义的。 面(Polygons):面是由3个或以上的折点组成的连续封闭图形。建筑物、湖泊、海洋、国家等等都可以以面来表示。
2. GIS常用矢量数据格式
Esri Shapefile
文件类型
.SHP .DBF .SHX
描述
Shapefile是最常见的矢量数据格式,所有的商业和开源GIS软件都支持。无处不在的它已成为行业标准。Shapefile由三个必须的文件组成: SHP是要素几何。 SHX是形状索引位置。 DBF是属性数据。 下面的是可选文件,需要注意的是,一般情况下,PRJ为必须完整的,否则矢量数据的空间位置会发生错误: PRJ是投影系统参数。 XML是关联的元数据。 SBN是用于优化查询的空间索引。 SBX优化了加载时间。 CPG说明了SHP文件的属性数据编码,如果中文显示乱码,一般需要加一个.cpg文件,使用文本文件编辑,写上UTF-8
Geographic JavaScript Object Notation (GeoJSON)
文件类型
.GEOJSON .JSON
描述
GeoJSON格式主要用于基于Web的映射。GeoJSON以JavaScript对象符号(JSON)形式将坐标存储为文本。这包括矢量点,线和多边形以及表格信息。GeoJSON将对象存储在花括号{}中,并且通常语法标记更为简洁(与GML相比)。GeoJSON具有简单的语法,您可以在任何文本编辑器中进行修改。网络地图浏览器可以理解JavaScript,因此默认情况下,GeoJSON是一种常见的Web格式。但是JavaScript只理解二进制对象。幸运的是,JavaScript可以将JSON转换为二进制。 可以使用QGIS打开和转换
Google Keyhole Markup Language (KML/KMZ)
文件类型
.KML .KMZ
描述
KML 是Keyhole Markup Language的缩写. 这个数据格式是基于XML的,一般被Google Earth使用,KML是由Keyhole公司开发的,后来被谷歌收购。KMZ (KML-Zipped) 代替了KML,是KML的压缩版本,KML/KMZ在2008年成为地理空间联盟的国际标准。经纬度由十进制度的 World Geodetic System of 1984 (WGS84)坐标系统所定义,高程为WGS84 EGM96高程系。 QGIS可以直接打开和转换 ArcGIS需要借助ArcToolbox中的工具转换为图层
GPS eXchange Format (GPX)
文件类型
. GPX
描述
GPX是一种XML格式,用于描述从GPS接收器捕获的航路点,航迹和路线。由于GPX是一种交换格式,因此您可以根据其描述属性将GPS数据从一个程序公开传输到另一个程序。 GPX的最低要求是纬度和经度坐标。此外,GPX文件还可以将位置属性(包括时间,海拔和大地水准面高度)存储为标签。
ArcInfo Coverage
ArcInfo Coverages 是一组包含了points, arcs, polygons or annotation的文件夹。Tics是控制点,用于帮助定义Coverage的边界。 属性存储在ADF或INFOb表中。每个功能部件都有一个唯一的编号。这些要素编号是将属性数据与每个空间要素链接的一种方式。 Coverages 是软盘时代的标准格式。但是随着时间的流逝,这种GIS格式已经过时,并且在GIS软件中几乎不受支持。
MapGIS
文件类型
.MPJ .WT .WL .WP .WN .WB
描述
MapGIS是中地数码开发的国产GIS软件,使用的数据格式和ArcGIS/QGIS等均不兼容,一般用于地质行业,在这里仅把后缀名列出,大家遇到这种格式可以去找MAPGIS打开
3. 矢量数据创建、转换、编辑
以ArcGIS平台为例,介绍一下矢量数据的创建、转换和编辑。
矢量数据创建
在ArcGIS中矢量数据的处理,建议在文件地理数据库(File Geodatabase)中进行。地理数据库可以存储点、线、面、多面体等,同时支持拓扑,可以对绘制完成的矢量数据进行拓扑检查。
文件地理数据库(File Geodatabase) 要素类(Feature Class):点、线、面 拓扑(Topology) 要素数据集(Feature Dataset) 具体操作请看这篇推文:ArcGIS图形编辑命令
矢量数据转换
CAD转GIS
在测绘、建筑、规划等方面,CAD和GIS的转换工作非常常用。简单的CAD转换可以直接通过ArcGIS加载数据然后到处为地理数据库要素类实现,地形图的转换则另有复杂的技术流程。
GIS中点、线、面的转换工具
ArcGIS ArcToolbox中提供了大量的点、线、面之间转换工具,下面介绍一些常用的,这里给出的是工具名,可以通过搜索找到工具。
点 Make XY Event Layer,可以将坐标转为点图层,注意的是,这里的图层是临时的,需要通过导出要素来保存。 Feature To Point,点线面都可以作为输入,输出为点 Feature Vertices To Points,节点转点,线、面都是由一系列节点组成的,将这些节点转为点要素
线 Feature To Line,要素转线,可以很方便的将面状矢量转为线 Points To Line,点转线 XY To Line,可以将带起终点XY坐标的表转为线,常用于绘制OD线(参考文献4) 面 Feature To Polygon,要素转面,多用于线转面的情况 Feature Envelope To Polygon,要素包络矩形转面,绘制一个外接矩形
其他矢量格式转换
GPX、KML、GeoJSON也是比较常见的矢量格式,对于这些文件转换,可以使用ArcGIS Conversion Tools工具箱,不过我更推荐使用QGIS,可以直接打开,另存为,更方便。
4. 矢量数据常用空间分析方法
在ArcGIS中,矢量数据的空间分析工具主要集中在Analysis Tools工具箱中。有Extract提取分析、Overlay叠置分析、Proximity临域分析和Statistics统计分析。
Extract Clip裁剪,这个非常常用,可以将大块的矢量裁剪为小块的,要注意的是,这个仅适用于矢量数据裁剪矢量 Split分割,可以把一块矢量根据另外的多块组成的矢量分割,或者根据字段分割为若干小块矢量
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Overlay Erase擦除,从大的面上面去掉一个小的,保留余下的 Intersect,相交,可以将两个矢量的属性相结合,矢量范围取交集 Spatial Join,空间挂接,可以提取两个矢量之间的信息,比如,居民地面中没有地名,使用地名点进行空间挂接,可以将地名点的地名信息给居民地面赋值。(参考文献6)
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Proximity Buffer缓冲区,这个也是很常用的方法,在研究污染物扩散,影响范围的时候很常用(参考文献7) Near近邻分析,计算两点、线、面之间的最短距离(参考文献8)
5. 矢量数据属性表
GIS作为一种信息系统,属性的编辑和管理也是必不可少的。详情请阅读:
几何属性添加和管理
有居民地点,我们想知道坐标,怎么办?这个时候可以使用Add XY Coordinates工具,添加XY坐标 长度、四至、中点、重心、面积我都想要!怎么办?Add Geometry Attributes
周长(Shape_Length)、面积(Shape_Area)在GDB面要素中都是自带的属性,推荐使用GDB,无需计算几何即可得到面要素的周长和面积信息。
6. 矢量数据质量检查
前面说了一大堆矢量数据的创建、编辑、管理、分析相关的内容,不论是做科研还是工业生产,数据质量很重要。矢量数据质量检查又是一个很重要的点,数据只有符合质量要求,才能被使用。两点建议:
熟悉矢量数据质量检查的总体流程和方法,详阅:一文搞懂如何进行矢量数据质量检查 不断学习相关国标,深入对标准规范的理解和执行。从自然资源标准化信息服务平台中可以查阅相关国家标准,多学习,多了解。(网址见参考文献12)
7. 思维导图
参考文献
https://datacarpentry.org/organization-geospatial/02-intro-vector-data/ 史上最全GIS格式总结,看完这个应该没啥不认识的了 ArcGIS图形编辑命令 GIS计算上市公司注册地址和办公地址变化,绘制OD线 推荐一个野外考察神器!+QGIS野外考察路径制图 遥感解译精度评定,混淆矩阵与Kappa系数 GIS如何分析台风影响范围和受灾人数 GIS点到面的距离计算 GIS基础教程之属性表的处理(2021-01-23更新) GIS基础之GIS属性表操作 一文搞懂如何进行矢量数据质量检查 http://www.nrsis.org.cn/portal/
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